人教版 (2019)选择性必修3动物细胞融合技术与单克隆抗体学案及答案

这是一份人教版 (2019)选择性必修3动物细胞融合技术与单克隆抗体学案及答案，共11页。
学习目标
1.理解动物细胞融合的原理，掌握单克隆抗体的制备流程及其在生物技术中的应用。（生命观念）
2.通过资料分析和问题探讨，归纳动物细胞融合技术和单克隆抗体制备的关键步骤及应用特点，培养批判性思维和逻辑推理能力。（科学思维）
3.深入了解单克隆抗体制备的实验流程，通过小组讨论和实验设计，提升科学探究能力。（科学思维、科学探究）
4.了解单克隆抗体在疾病诊断和治疗中的应用，主动关注生物技术对人类健康和社会发展的影响。（社会责任）
自主预习
一、动物细胞融合技术
1.概念： 或 动物细胞结合形成一个细胞的技术。
2.动物细胞融合原理：细胞膜的 ，融合过程中膜脂质和膜蛋白重新排列，形成融合细胞。
3.诱导动物细胞融合的方法有哪些？
4.动物细胞融合的意义。
二、单克隆抗体及其应用
1.传统方法制备的抗体有什么不足？
2.科学家是如何解决B淋巴细胞不能无限增殖的问题的？
3.单克隆抗体的应用有哪些？
课堂探究
任务一、动物细胞融合技术
资料1：科学家在培养动物细胞时加入失去活性的仙台病毒，发现能使两个动物细胞融合，产生具有两个核的细胞。研究表明，很多不同种的动物细胞都能进行融合，形成杂交细胞，如人—猴、人—鼠、鼠—兔、鼠—熊等。参考图示，回答下列问题。
用灭活病毒诱导动物细胞融合过程的示意图
（1）动物细胞融合和植物体细胞杂交技术的原理分别是什么？最终结果有什么不同？
（2）灭活病毒诱导动物细胞融合的原理是什么？
（3）为什么利用病毒诱导细胞融合前需要对病毒进行灭活处理？
（4）动物细胞融合中为什么不用两个而用多个细胞进行细胞间融合？
【合作交流】 比较植物体细胞杂交和动物细胞融合。
任务二、单克隆抗体及其应用
活动一：生产针对新冠病毒的单克隆抗体
资料1：新型冠状病毒可通过表面的刺突蛋白（S蛋白）与人呼吸道黏膜上皮细胞的ACE2受体结合，侵入人体，引起肺炎。单克隆抗体可阻断病毒的黏附或入侵，有效降低肺炎的发病率。
资料2：研究表明，细胞合成DNA有D和S两条途径，其中D途径能被氨基蝶呤阻断。免疫的B淋巴细胞中有这两种DNA的合成途径，但它不能分裂增殖，其本身也不能在体外长期存活。鼠骨髓瘤细胞中只有D途径，没有S途径，但它能不断分裂增殖，如果它的D途径被阻断的话，它会因不能合成DNA而死。
根据上述两个资料，回答下列问题。
（1）研制抗S蛋白单克隆抗体，需先给小鼠注射什么？目的是什么？
（2）B淋巴细胞与骨髓瘤细胞经诱导融合后，培养基中共出现几种细胞？其中融合的细胞有几种？（若出现融合细胞，则只考虑两两细胞融合的情况。）
（3）结合资料2分析，抗S蛋白单克隆抗体制备过程中，第一次筛选的目的是什么？方法是什么？
（4）抗S蛋白单克隆抗体制备过程中，第二次筛选的目的是什么？方法是什么？其原理是什么？
活动二：单克隆抗体的应用
资料3：用高效的细胞毒素类药物进行化疗可以有效杀伤肿瘤细胞，但细胞毒素没有特异性，在杀伤肿瘤细胞的同时还会对健康细胞造成伤害，这限制了它在临床上的应用。抗体—药物偶联物（ADC）通过将细胞毒素与能特异性识别肿瘤抗原的单克隆抗体结合，实现了对肿瘤细胞的选择性杀伤。ADC通常由抗体、接头和药物（如细胞毒素）三部分组成。
（1）ADC的抗体和药物各具有什么作用？
（2）除了细胞毒素外，还有哪些物质理论上可以作为ADC偶联的药物？
（3）单克隆抗体诊断试剂盒和ADC在临床应用上各具有什么优势？你认为它们在临床应用上是否有局限性？
【拓展训练】2018年，癌症治疗的新方案“免疫检查点疗法”获诺贝尔生理学或医学奖，如图是利用该机制制备相应单克隆抗体的过程，下列说法错误的是( )
A.A细胞可以产生针对PD－1或PD－L1的抗体
B.若只考虑两两融合细胞，细胞C可有5种类型
C.细胞D能迅速大量繁殖，又能产生单一的抗体
D.过程①可以体现细胞膜的结构特点
【归纳总结】单克隆抗体制备中两次筛选的比较

1.与植物体细胞杂交相比，动物细胞融合的原理及其特有的诱导方法分别是( )
A.细胞膜的流动性、离心 B.细胞膜的流动性、灭活病毒诱导法
C.细胞的全能性、电融合法 D.细胞的全能性、灭活病毒诱导法
2.下列关于单克隆抗体制备的说法，正确的是( )
A.将特定抗原注射到小鼠体内，可以从小鼠血清中获得单克隆抗体
B.经特定抗原免疫过的B淋巴细胞在体外培养时可分泌单克隆抗体
C.培养杂交瘤细胞必须提供动物血清
D.筛选出杂交瘤细胞后，需利用特定抗原再次筛选能分泌所需抗体的细胞
3.下图表示抗人体胃癌的单克隆抗体的制备过程，下列有关叙述不正确的是( )
A.图中实验小鼠注射的甲是能与抗人体胃癌抗体特异性结合的抗原
B.利用PEG融合法、灭活病毒诱导法和电融合法等均可诱导细胞融合获得乙
C.用特定的选择培养基对乙筛选，融合细胞均能生长，未融合细胞均不能生长
D.丙需进行克隆化培养和抗体检测，经多次筛选后可获得大量能分泌所需抗体的丁
4.(不定项)如图所示，将由两种不同的抗原分别制备的单克隆抗体分子，在体外解偶联后重新偶联可制备双特异性抗体，简称双抗。下列说法正确的是( )
A.双抗可同时与两种抗原结合
B.利用双抗可以将蛋白类药物运送至靶细胞
C.筛选双抗时需使用制备单克隆抗体时所使用的两种抗原
D.同时注射两种抗原可刺激B细胞分化为产双抗的浆细胞
5.细胞工程可分为植物细胞工程和动物细胞工程等，请回答下列问题。
(1)图1所示为植物体细胞杂交的流程。图1中“去壁”需要使用的酶是________________；
①过程常采用的方法有物理法和化学法，物理法包括_______________________等；
③过程和④过程分别表示____________________。
(2)图2所示为制备单克隆抗体的流程。图中“筛选”包括选择培养和抗体检测。其中能在特定的选择培养基中存活的细胞是________，而抗体检测的目的是______________。
(3)图2中，促进细胞融合的方法中，不同于图1中促进细胞融合所涉及的方法是____________________________；筛选出的目标细胞还可以注射到小鼠腹腔内增殖，从________中提取单克隆抗体。与普通抗体相比，单克隆抗体具有________________
________________________________________________________________等优点。
【课堂小结】
胃癌细胞表面的CLDN18.2蛋白是一种重要的肿瘤标志物，约40%的HER2阴性胃癌患者高表达该蛋白。因此，CLDN18.2是单克隆抗体的理想靶点。假设你是一家生物制药公司的研发人员，公司计划开发一种新型单克隆抗体用于治疗胃癌。
请从动物细胞融合技术和单克隆抗体的角度，设计一个完整的研发流程。
参考答案
自主预习
一、1.两个 多个 2.流动性
3.电融合法 PEG融合法 灭活病毒诱导法
4.突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能。已成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和培育生物新品种等的重要手段，特别是杂交瘤技术，为制造单克隆抗体开辟了新途径。
二、1.产量低、纯度低、特异性差。
2.将B淋巴细胞与能在体外大量增殖的骨髓瘤细胞融合为杂交瘤细胞，所得到的细胞既能大量增殖，又能产生足够数量的特定抗体。
3.(1)作为诊断试剂。 (2)用于治疗疾病和运载药物。
课堂探究
任务一、动物细胞融合技术
（1）动物细胞融合的原理是细胞膜具有流动性；植物体细胞杂交技术的原理是细胞膜具有流动性和植物细胞一般具有全能性；动物细胞融合技术最终得到的是杂交细胞，而植物体细胞杂交技术最终得到的是杂种植株。
（2）病毒表面含有的糖蛋白和一些酶能够与细胞膜上的糖蛋白发生作用，使细胞互相凝聚，细胞膜上的蛋白质分子和脂质分子重新排布，细胞膜打开，细胞发生融合。
（3）避免病毒感染细胞。病毒灭活处理是利用物理或化学手段使病毒失去感染能力，但不破坏它们的抗原结构。
（4）就目前常用的细胞融合方法来看，不管物理法、化学法，还是生物法，其融合率都不可能达到100%。仅用两个细胞融合，效率太低，不一定能得到融合细胞。
【合作交流】 比较植物体细胞杂交和动物细胞融合
任务二、单克隆抗体及其应用
活动一：生产针对新冠病毒的单克隆抗体
（1）S蛋白（刺突蛋白）。目的是能从该小鼠的脾中得到可以产生抗S蛋白抗体的B淋巴细胞。
（2）共有5种细胞。其中融合的细胞有3种。
（3）第一次筛选的目的是筛选出杂交瘤细胞；方法是用选择培养基进行筛选，培养基中加入氨基蝶呤。
（4）筛选出能分泌抗S蛋白抗体的杂交瘤细胞；方法是抗体检测。其原理是抗原—抗体的特异性结合。
活动二：单克隆抗体的应用
（1）抗体主要发挥靶向运输作用，即通过特异性结合靶细胞表面的抗原，将连接的药物输送到靶细胞；药物发挥治疗效应，如杀伤靶细胞。
（2）①可以用放射性同位素标记单克隆抗体进行靶向放疗。
②一些作用于细胞信号转导通路的药物可以通过阻断肿瘤细胞的信号通路来抑制其生长，理论上也可以将这些药物与单克隆抗体结合进行治疗。
（3）优势：单克隆抗体诊断试剂盒中的单克隆抗体只与特定的抗原反应，因此检测的特异性和灵敏度大大提高；ADC能够协同发挥抗体特异性识别的靶向作用和细胞毒素对肿瘤细胞的杀伤作用，因此它在临床上具有靶点清楚、毒副作用小等优点。
单克隆抗体的局限性：①检测范围有限：主要针对已知抗原或标志物进行检测，对于新出现的疾病或未知标志物的检测能力较弱。②假阳性/假阴性：如果样本处理不当或试剂质量不佳，可能会出现假阳性或假阴性结果。
ADC的局限性：①毒性问题：尽管ADC的毒性低于传统化疗，但仍可能产生严重的不良反应，如肝毒性、肺毒性等。②耐药性：部分患者可能出现耐药性，限制了ADC的长期应用。
【拓展训练】 B
【归纳总结】单克隆抗体制备中两次筛选的比较
当堂训练
1.B 【解析】植物体细胞杂交的原理是细胞膜的流动性、植物细胞的全能性，动物细胞融合的原理是细胞膜的流动性；动物细胞融合常用的方法有PEG融合法、灭活病毒诱导法、电融合法等，其中灭活病毒诱导法是其特有的诱导方法，而PEG融合法、电融合法也可用于诱导植物体细胞杂交。
2.D 【解析】向小鼠体内注射特定的抗原，可以从小鼠血清中获得抗体，但此时的抗体不是单克隆抗体，A错误；经特定抗原免疫过的B淋巴细胞在体外无增殖能力，无法通过培养获得单克隆抗体，B错误；培养杂交瘤细胞可以采用体内培养法和体外培养法，其中体内培养法不需要提供动物血清，C错误。
3.C 【解析】选择培养基只能让特定的符合条件的细胞存活下来，在题目给定的选择培养基上，只有杂交瘤细胞才能够存活，C错误。
4.ABC 【解析】根据抗原和抗体发生特异性结合的原理推测，双抗可同时与两种抗原结合，A正确；根据抗原与抗体能够发生特异性结合的特性，利用双抗可以将蛋白类药物运送至靶细胞，从而使药物发挥相应的作用，B正确；双抗是在两种不同的抗原刺激下，由B细胞增殖、分化产生的两种不同的浆细胞分泌形成的，因此筛选双抗时需使用制备单克隆抗体时所使用的两种抗原来进行抗原—抗体检测，从而实现对双抗的筛选，C正确；同时注射两种抗原可刺激B细胞分化形成两种不同的浆细胞，而不是分化成产双抗的浆细胞，D错误。
5.(1)纤维素酶和果胶酶 离心法、电融合法 脱分化和再分化
(2)杂交瘤细胞 筛选出能产生所需特异性抗体的杂交瘤细胞
(3)灭活病毒诱导法 小鼠的腹水 能准确识别抗原的细微差异，与特定抗原发生特异性结合，并且可以大量制备
【解析】(1)在进行植物体细胞杂交之前，应先使用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁。题图1中，①过程表示诱导植物细胞的原生质体融合，常用的方法有物理法和化学法，其中物理法包括离心法、电融合法等；③过程和④过程分别表示脱分化和再分化。(2)题图2中经融合处理后还需要进行筛选。利用选择培养基筛选出杂交瘤细胞，而未融合的亲本细胞和融合的具有同种核的细胞都会死亡。杂交瘤细胞中只有少数能产生所需特异性抗体，因此还需要通过抗体检测筛选出目标细胞。(3)诱导动物细胞融合的方法有电融合法、PEG融合法和灭活病毒诱导法等。筛选出能产生所需抗体的杂交瘤细胞后，将杂交瘤细胞在体外条件下大规模培养，或注射到小鼠腹腔内增殖，这样就可以从细胞培养液或小鼠腹水中提取大量的单克隆抗体。与普通抗体相比，单克隆抗体具有能准确识别抗原的细微差异，与特定抗原发生特异性结合，并且可以大量制备等优点。比较项目
植物体细胞杂交
动物细胞融合
原理
细胞融合前的处理方法
诱导细胞融合的方法
结果
意义
项目
第一次筛选
第二次筛选
筛选原因
筛选方法
筛选结果
比较项目
植物体细胞杂交
动物细胞融合
原理
细胞膜具有一定的流动性
植物细胞的全能性
细胞膜具有一定的流动性
细胞融合前的处理方法
用果胶酶和纤维素酶去除细胞壁
用胰蛋白酶或胶原蛋白酶使细胞分散成单个细胞
诱导细胞融合的方法
电融合法、离心法、聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+—高pH融合法
PEG融合法、电融合法、
灭活病毒诱导法
结果
杂种植株
杂交细胞
意义
打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。
突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能。
项目
第一次筛选
第二次筛选
筛选原因
诱导融合后得到多种杂交细胞，还有未融合细胞等
选择培养获得的杂交瘤细胞中有能产生其他抗体的细胞
筛选方法
用特定的选择培养基筛选：未融合的亲本细胞和融合的具有同种核的细胞都会死亡，只有融合的杂种细胞才能生长
用96孔板培养，进行克隆化培养和抗体检测，经过多次筛选得到足够数量的能分泌所需抗体的细胞
筛选结果
得到杂交瘤细胞
筛选出分泌所需抗体的杂交瘤细胞